一種磁場模擬系統(tǒng)與磁場模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種磁場模擬系統(tǒng)，包括控制子系統(tǒng)、直流穩(wěn)流電源、三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)以及三維磁場測量裝置，其中：控制子系統(tǒng)控制直流穩(wěn)流電源向三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)輸入電流，在三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)的線圈空間內(nèi)產(chǎn)生磁場；三維磁場測量裝置位于線圈空間內(nèi)用于檢測磁感應(yīng)強度，并將測得的磁感應(yīng)強度反饋至控制子系統(tǒng)，該控制子系統(tǒng)將實際測得的磁感應(yīng)強度與一設(shè)定值進行比較，并基于比較結(jié)果調(diào)整直流穩(wěn)流電源通入線圈空間的電流，使得實際測得磁感應(yīng)強度與所述設(shè)定值的差值控制在預(yù)定范圍內(nèi)。本發(fā)明還涉及一種磁場模擬方法。利用本發(fā)明的磁場模擬系統(tǒng)和磁場模擬方法能夠產(chǎn)生強度和方向可控、均勻度高、穩(wěn)定性好的磁場。
【專利說明】一種磁場模擬系統(tǒng)與磁場模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁場模擬【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能夠產(chǎn)生強度和方向可控，均勻度高，穩(wěn)定性好的磁場的磁場模擬系統(tǒng)與磁場模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在工程實踐中，磁場在地磁導(dǎo)航、磁測試驗，磁器件標(biāo)定及校正等方面都有著廣泛的應(yīng)用，對磁場模擬技術(shù)的研究具有重要的工程價值和現(xiàn)實意義。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的磁場模擬系統(tǒng)，其模擬的磁場精度、分布均勻性及其范圍均不能滿足實際要求，有待提高，并且如何簡化系統(tǒng)操作，節(jié)省建造費用也是當(dāng)前迫切需要解決的問題。
[0003]第201020687927.4號中國專利“三維亥姆霍茲線圈交直流磁場發(fā)生裝置”，提出了一種三維亥姆霍茲線圈交直流磁場發(fā)生裝置，包括產(chǎn)生磁場的線圈和控制裝置，控制裝置包括電腦以及控制器，線圈由兩兩互相垂直的三對亥姆霍茲線圈組成，所述的三對亥姆霍茲線圈的軸向方向分別對應(yīng)三維坐標(biāo)軸中的X軸、Y軸和Z軸，三對亥姆霍茲線圈的中心點為坐標(biāo)原點。該裝置通過計算機控制控制器為線圈供電產(chǎn)生模擬磁場，用于測試等。但是，其線圈是圓形的，不利于三維線圈系統(tǒng)的定位和固定，影響精度；而且，該裝置的控制子系統(tǒng)是開環(huán)的，不能實時顯示和控制磁場，仍然有待進一步提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的在于提供一種磁場模擬系統(tǒng)與磁場模擬方法，利用其能夠產(chǎn)生強度和方向可控、均勻度高、穩(wěn)定性好的磁場
[0005]為達成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種磁場模擬系統(tǒng)，包括控制子系統(tǒng)、直流穩(wěn)流電源、三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)以及三維磁場測量裝置，其中:
[0007]控制子系統(tǒng)控制直流穩(wěn)流電源向三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)輸入電流，在三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)的線圈空間內(nèi)產(chǎn)生磁場；
[0008]三維磁場測量裝置位于線圈空間內(nèi)用于檢測磁感應(yīng)強度，并將測得的磁感應(yīng)強度反饋至控制子系統(tǒng)，該控制子系統(tǒng)將實際測得的磁感應(yīng)強度與一設(shè)定值進行比較，并基于比較結(jié)果調(diào)整直流穩(wěn)流電源通入線圈空間的電流，使得實際測得磁感應(yīng)強度與所述設(shè)定值的差值控制在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0009]進一步的實施例中，所述直流穩(wěn)流電源為一數(shù)控直流穩(wěn)流電源。
[0010]進一步的實施例中，所述三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)包括三對兩兩相互垂直的亥姆霍茲線圈，所述三對亥姆霍茲線圈為正方形，且其軸向分別為三維坐標(biāo)軸中的XYZ軸、其中心為坐標(biāo)原點。
[0011]進一步的實施例中，所述三維磁場測量裝置為一三通道磁通門高斯計。
[0012]進一步的實施例中，所述控制子系統(tǒng)由靜態(tài)磁場模擬模塊、動態(tài)磁場模擬模塊、磁場采集與處理模塊組成，其中:[0013]所述靜態(tài)磁場模擬模塊用于實現(xiàn)靜態(tài)磁場的模擬,其由磁場輸入方式選擇模塊、磁場輸入模塊、空間計算點模塊、電流計算模塊和電流控制模塊組成，其中:所述磁場輸入方式選擇模塊用于供選擇標(biāo)量輸入和矢量輸入中的一種；所述磁場輸入模塊用于提供磁場值輸入，該磁場值即前述設(shè)定值；空間計算點模塊用于設(shè)定空間計算點的初值，該初值影響所述電流的轉(zhuǎn)換；所述電流計算模塊用于根據(jù)輸入的磁場數(shù)據(jù)進行磁場值與電流值之間的轉(zhuǎn)換；所述電流控制模塊用于根據(jù)前述計算所得的電流值對直流穩(wěn)流電源進行控制，通過三維磁場測量裝置的反饋信息調(diào)整輸入所述三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)的線圈空間的電流值，使得線圈空間所產(chǎn)生的磁場實際值與所輸入磁場值的差值在預(yù)定范圍內(nèi)；
[0014]所述動態(tài)磁場模擬模塊用于實現(xiàn)磁場的漸變過程控制，其由磁場輸入方式選擇模塊、磁場初/末值輸入模塊、動態(tài)模擬參數(shù)模塊和動態(tài)模擬模塊組成，其中:所述磁場輸入方式選擇模塊用于供選擇標(biāo)量輸入和矢量輸入中的一種；所述磁場初/末值輸入模塊用于供輸入磁場漸變模擬的初值和末值；所述動態(tài)模擬參數(shù)模塊用于供設(shè)置磁場漸變的步長和步數(shù)；動態(tài)模擬模塊用于根據(jù)所輸入的初值和末值，并按照所設(shè)定的步長和步數(shù)進行磁場曲線的動態(tài)模擬；[0015]所述磁場采集與處理模塊由串口設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊，磁場數(shù)據(jù)顯示模塊及磁場數(shù)據(jù)處理模塊組成，其中:所述串口設(shè)置模塊用于進行串口參數(shù)設(shè)置并打開串口 ；所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊用于向三維磁場測量裝置發(fā)送控制指令；所述數(shù)據(jù)接收模塊用于接收三維磁場測量裝置測得的磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)；所述磁場數(shù)據(jù)顯示模塊用于顯示所述磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于計算前述磁感應(yīng)強度的采樣個數(shù)及其平均值和均方差，并將數(shù)據(jù)進行保存。
[0016]進一步的實施例中，所述磁場數(shù)據(jù)顯示模塊以圖形的形式顯示所述磁場數(shù)據(jù)。
[0017]進一步的實施例中，所述靜態(tài)磁場模擬模塊與動態(tài)磁場模擬模塊之間通過一外部切換按鈕進行切換，以實現(xiàn)磁場動態(tài)模擬和靜態(tài)模擬的切換。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的改進，本發(fā)明的另一方面還提出一種基于上述磁場模擬系統(tǒng)的磁場模擬方法，包括以下步驟:
[0019]控制子系統(tǒng)控制直流穩(wěn)流電源向三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)輸入電流，在三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)的線圈空間內(nèi)產(chǎn)生磁場；
[0020]位于線圈空間內(nèi)的三維磁場測量裝置實時檢測磁感應(yīng)強度，并將測得的磁感應(yīng)強度反饋至控制子系統(tǒng)；
[0021]該控制子系統(tǒng)將實際測得的磁感應(yīng)強度與一設(shè)定值進行比較，并基于比較結(jié)果調(diào)整直流穩(wěn)流電源通入線圈空間的電流，使得實際測得磁感應(yīng)強度與所述設(shè)定值的差值控制在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0022]進一步的實施例中，所述控制子系統(tǒng)由靜態(tài)磁場模擬模塊、動態(tài)磁場模擬模塊、磁場采集與處理模塊組成，分別可切換地實現(xiàn)靜態(tài)磁場模擬、動態(tài)磁場模擬以及磁場數(shù)據(jù)的采集及處理，其中:
[0023]I)靜態(tài)磁場模擬包括以下過程:
[0024]首先，選擇標(biāo)量或矢量中的一種磁場輸入方式；然后，按所選擇的的輸入方式輸入磁場值，并輸入空間計算點；之后，根據(jù)電流與磁場及空間計算點的關(guān)系計算電流值?’最后，再控制直流穩(wěn)流電源輸入線圈的電流即可實現(xiàn)靜態(tài)磁場的模擬；[0025]2)動態(tài)磁場模擬包括以下過程:
[0026]首先,選擇標(biāo)量或矢量中的一種磁場輸入方式；然后，所選擇的的輸入方式輸入磁場的初值、末值的三個分量:Bxl, Byl, Bzl, Bx2, By2, Bz2 ;之后,根據(jù)磁場各個分量的差值,設(shè)置動態(tài)模擬參數(shù)；磁場初值、末值及磁場漸變的步數(shù)、步長設(shè)定完成后，進行動態(tài)磁場的模擬；
[0027]3)磁場數(shù)據(jù)的采集及處理包括以下過程:
[0028]首先，在串口設(shè)直完成后，打開串口連接設(shè)備；
[0029]然后，在數(shù)據(jù)發(fā)送模塊中向三維磁場測量裝置發(fā)送控制命令；
[0030]之后，數(shù)據(jù)接收模塊接收三維磁場測量裝置測得的磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)，并通過磁場數(shù)據(jù)顯示模塊顯示所述磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)；
[0031]最后在數(shù)據(jù)處理模塊中，計算前述磁感應(yīng)強度的采樣個數(shù)及其平均值和均方差，并將數(shù)據(jù)進行保存。
[0032]進一步的實施例中，所述磁場數(shù)據(jù)顯示模塊以圖形的形式顯示所述磁場數(shù)據(jù)。
[0033]由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明所提出的磁場模擬系統(tǒng)和模擬方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于:
[0034]1、本發(fā)明的線圈為正方形亥姆霍茲線圈，在其邊長與圓形亥姆霍茲線圈直徑相同時，正方形線圈比圓形線圈的均勻性更高，范圍更廣；
[0035]2、磁場模擬系統(tǒng)為一閉環(huán)控制子系統(tǒng)，可顯著提高模擬磁場的精度；
[0036]3、本發(fā)明的控制和輸入可以采用標(biāo)量和矢量兩種方式來設(shè)定和控制三維矢量磁場，實時存儲被控磁場的曲線，實時顯示被控磁場的數(shù)據(jù)，還實現(xiàn)被控磁場的曲線和數(shù)據(jù)的存儲；
[0037]4、利用本發(fā)明的磁場模擬系統(tǒng)，通過閉環(huán)控制產(chǎn)生強度和方向可控，均勻度高，穩(wěn)定性好的磁場；
[0038]5、本發(fā)明的磁場模擬系統(tǒng)，其磁場初值輸入方便易行，操作簡便，模擬過程自動進行并可以進行空間計算點的初值調(diào)整，易于對比和控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明一實施方式磁場模擬系統(tǒng)的原理框圖。
[0040]圖2a為圖1實施例中控制子系統(tǒng)的原理框圖。
[0041]圖2b為圖2實施例控制子系統(tǒng)中的靜態(tài)磁場模擬模塊的原理框圖。
[0042]圖2c為圖2實施例控制子系統(tǒng)中的動態(tài)磁場模擬模塊的原理框圖。
[0043]圖2d為圖2實施例控制子系統(tǒng)中的磁場采集及處理模塊的原理框圖。
[0044]圖3a為圖2b實施例中靜態(tài)磁場模擬的流程示意圖。
[0045]圖3b為圖2c實施例中動態(tài)磁場模擬的流程示意圖。
[0046]圖3c為圖2d實施例中磁場采集及處理的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0047]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0048]圖1所不為本發(fā)明一實施方式磁場模擬系統(tǒng)的原理框圖，其中，一種磁場模擬系統(tǒng)，包括控制子系統(tǒng)1、直流穩(wěn)流電源2、三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)3以及三維磁場測量裝置4。
[0049]控制子系統(tǒng)I控制直流穩(wěn)流電源2向三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)3輸入電流，在三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)3的線圈空間內(nèi)產(chǎn)生磁場。
[0050]三維磁場測量裝置4位于線圈空間內(nèi)用于檢測磁感應(yīng)強度，并將測得的磁感應(yīng)強度反饋至控制子系統(tǒng)1，該控制子系統(tǒng)I將實際測得的磁感應(yīng)強度與一設(shè)定值進行比較，并基于比較結(jié)果調(diào)整直流穩(wěn)流電源2通入線圈空間的電流，使得實際測得磁感應(yīng)強度與所述設(shè)定值的差值控制在預(yù)定范圍內(nèi)，如此構(gòu)成一個構(gòu)成閉環(huán)控制子系統(tǒng)，通過閉環(huán)控制產(chǎn)生強度和方向可控，均勻度高，穩(wěn)定性好的磁場。
[0051]作為優(yōu)選的方式，所述直流穩(wěn)流電源I采用一數(shù)控直流穩(wěn)流電源。
[0052]作為優(yōu)選的方式，所述三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)3包括三對兩兩相互垂直的亥姆霍茲線圈，所述三對亥姆霍茲線圈為正方形，且其軸向分別為三維坐標(biāo)軸中的XYZ軸、其中心為坐標(biāo)原點。
[0053]作為優(yōu)選的方式，所述三維磁場測量裝置4為一三通道磁通門高斯計。
[0054]本實施例中，如圖2a所示，所述控制子系統(tǒng)I由磁場模擬部分和磁場采集及處理部分組成。磁場模擬部分由靜態(tài)磁場模擬模塊21、動態(tài)磁場模擬模塊22組成。磁場米集及處理部分由一個磁場采集與處理模塊23組成。磁場模擬部分和磁場采集及處理部分可相互切換，互不影響。
[0055]在一些實施例中，可在一個主操作界面上設(shè)置對應(yīng)于上述磁場模擬部分和磁場采集及處理部分的單選按鈕，選中對應(yīng)的按鈕，就觸發(fā)相應(yīng)的模塊進行工作。作為優(yōu)選的，默認(rèn)狀態(tài)為磁場模擬部分，即默認(rèn)進入磁場模擬狀態(tài)。
[0056]如圖2b所示，所述靜態(tài)磁場模擬模塊21用于實現(xiàn)靜態(tài)磁場的模擬，其由磁場輸入方式選擇模塊211、磁場輸入模塊212、空間計算點模塊213、電流計算模塊214和電流控制模塊215組成。
[0057]所述磁場輸入方式選擇模塊211用于供選擇標(biāo)量輸入和矢量輸入中的一種。
[0058]所述磁場輸入模塊212用于提供磁場值輸入,該磁場值即前述設(shè)定值。
[0059]如果選擇標(biāo)量方式輸入，則默認(rèn)單位為Gs，可以根據(jù)IT=IO4Gs的關(guān)系與單位T相互轉(zhuǎn)換。由于本實施例中使用的三通道磁通門高斯計4的標(biāo)量量程為±lGs，因此在輸入時，X、Y、Z方向的磁場輸入值超出[-1，l]Gs范圍時，會出現(xiàn)警告，并提示應(yīng)該輸入值的范圍。
[0060]如果選擇矢量方式輸入，R默認(rèn)單位Gs，D、I的定義與三通道磁通門高斯計的坐標(biāo)系定義相同，其輸入時的單位為度。與標(biāo)量方式輸入時類似，由于三維高斯計的矢量量程的限制，如果輸入量超量程，則警告并提示應(yīng)該輸入值的范圍。
[0061]所述空間計算點模塊213用于設(shè)定空間計算點的初值，該初值影響所述電流的轉(zhuǎn)換。本實施例中，為了模擬線圈空間內(nèi)的磁場分布，所以空間計算點模塊213的X，Y，Z的磁場輸入值可根據(jù)相應(yīng)線圈的間距確定其輸入的范圍。在沒有輸入時，空間計算點模塊213的X，Y，Z的磁場輸入值均默認(rèn)為零，即在線圈空間的中心處。
[0062]所述電流計算模塊214用于根據(jù)輸入的磁場數(shù)據(jù)進行磁場值與電流值之間的轉(zhuǎn)換。[0063]所述電流控制模塊215用于根據(jù)前述計算所得的電流值對直流穩(wěn)流電源2進行控制，通過三維磁場測量裝置4的反饋信息調(diào)整輸入所述三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)3的線圈空間的電流值，使得線圈空間所產(chǎn)生的磁場實際值與所輸入磁場值的差值在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0064]參考圖3a所示的流程，靜態(tài)磁場模擬的具體流程包括:首先，選擇標(biāo)量或矢量中的一種磁場輸入方式；然后，按所選擇的的輸入方式輸入磁場值，并輸入空間計算點；之后，根據(jù)電流與磁場及空間計算點的關(guān)系計算電流值；最后，再控制直流穩(wěn)流電源輸入線圈的電流即可實現(xiàn)靜態(tài)磁場的模擬。
[0065]如圖2c所示，所述動態(tài)磁場模擬模塊22用于實現(xiàn)磁場的漸變過程控制，其由磁場輸入方式選擇模塊221、磁場初/末值輸入模塊222、動態(tài)模擬參數(shù)模塊223和動態(tài)模擬模塊224組成。
[0066]所述磁場輸入方式選擇模塊221用于供選擇標(biāo)量輸入和矢量輸入中的一種。
[0067]所述磁場初/末值輸入模塊222用于供輸入磁場漸變模擬的初值和末值。
[0068]前述磁場輸入方式選擇模塊221以及磁場初/末值輸入模塊222的設(shè)計分別與前述靜態(tài)磁場模擬模塊21對應(yīng)的磁場輸入方式選擇模塊211、磁場輸入模塊212的功能和輸入方式類似，不再贅述。
[0069]所述動態(tài)模擬參數(shù)模塊223用于供設(shè)置磁場漸變的步長和步數(shù)。
[0070]所述動態(tài)模擬模塊224用于根據(jù)所輸入的初值和末值，并按照所設(shè)定的步長和步數(shù)進行磁場曲線的動態(tài)模擬。
[0071]如圖3b所示，動態(tài)磁場模擬包括以下過程:首先，選擇標(biāo)量或矢量中的一種磁場輸入方式；然后，所選擇的的輸入方式輸入磁場的初值、末值的三個分量:Bxl, Byl, Bzl, Bx2,By2, Bz2 ;之后，根據(jù)磁場各個分量的差值，設(shè)置動態(tài)模擬參數(shù)；磁場初值、末值及磁場漸變的步數(shù)、步長設(shè)定完成后，進行動態(tài)磁場的模擬。
[0072]下面以標(biāo)量輸入方式為例，介紹動態(tài)磁場模擬的具體流程。
[0073]按標(biāo)量方式分別輸入磁場初、末值的三個分量:Bxl, Byl, Bzl, Bx2, By2, Bz2。需要注意的是這里各個分量的值與靜態(tài)磁場輸入時一樣，都有相同的范圍限制[-1，1]，輸入超出范圍時會出現(xiàn)警告。根據(jù)磁場各個分量的差值，設(shè)置動態(tài)模擬參數(shù)。磁場初、末值及步數(shù)、步長設(shè)定完成后，進行動態(tài)磁場的模擬。
[0074]根據(jù)對動態(tài)磁場模擬過程的分析，可以認(rèn)為動態(tài)磁場模擬的實質(zhì)就是按照設(shè)置的步數(shù)，自動進行靜態(tài)磁場模擬的過程。因此，動態(tài)磁場模擬模塊可以完成對不同磁場曲線的動態(tài)模擬。
[0075]如圖2d所示，所述磁場采集與處理模塊23用于磁場數(shù)據(jù)的采集及處理，其由串口設(shè)置模塊231、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊232、數(shù)據(jù)接收模塊233，磁場數(shù)據(jù)顯示模塊234及磁場數(shù)據(jù)處理模塊235組成。
[0076]所述串口設(shè)置模塊231用于進行串口參數(shù)設(shè)置并打開串口 ；在此模塊中，設(shè)置相應(yīng)的串口通信參數(shù)，設(shè)置完成后打開串口為數(shù)據(jù)通信做準(zhǔn)備。為了方便操作，在一些實施例中可以設(shè)置默認(rèn)的串口參數(shù)，以利直接打開使用。
[0077]所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊232用于向三維磁場測量裝置發(fā)送控制指令。
[0078]所述數(shù)據(jù)接收模塊233用于接收三維磁場測量裝置測得的磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)。
[0079]所述磁場數(shù)據(jù)顯示模塊234用于顯示所述磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)，優(yōu)選的，為了更加直觀的觀察磁場數(shù)據(jù)及其變化情況，磁場數(shù)據(jù)以圖形的形式顯示。
[0080]作為可選的方式，磁場數(shù)據(jù)顯示模塊包括一 IXD或LED顯示器。
[0081]所述數(shù)據(jù)處理模塊235用于計算前述磁感應(yīng)強度的采樣個數(shù)及其平均值和均方差，并將數(shù)據(jù)進行保存，例如將接收到磁場數(shù)據(jù)保存在.txt文件或.excel文件中，以利后續(xù)的分析和處理。
[0082]參考圖3c所示，磁場數(shù)據(jù)的采集及處理包括以下過程:
[0083]首先，在串口設(shè)直完成后，打開串口連接設(shè)備；
[0084]然后，在數(shù)據(jù)發(fā)送模塊中向三維磁場測量裝置發(fā)送控制命令；
[0085]之后，數(shù)據(jù)接收模塊接收三維磁場測量裝置測得的磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)，并通過磁場數(shù)據(jù)顯示模塊顯示所述磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)；
[0086]最后在數(shù)據(jù)處理模塊中，計算前述磁感應(yīng)強度的采樣個數(shù)及其平均值和均方差，并將數(shù)據(jù)進行保存。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁場模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括控制子系統(tǒng)、直流穩(wěn)流電源、三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)以及三維磁場測量裝置，其中: 控制子系統(tǒng)控制直流穩(wěn)流電源向三維亥姆霍茲線圈子 系統(tǒng)輸入電流，在三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)的線圈空間內(nèi)產(chǎn)生磁場； 三維磁場測量裝置位于線圈空間內(nèi)用于檢測磁感應(yīng)強度，并將測得的磁感應(yīng)強度反饋至控制子系統(tǒng)，該控制子系統(tǒng)將實際測得的磁感應(yīng)強度與一設(shè)定值進行比較，并基于比較結(jié)果調(diào)整直流穩(wěn)流電源通入線圈空間的電流，使得實際測得磁感應(yīng)強度與所述設(shè)定值的差值控制在預(yù)定范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述直流穩(wěn)流電源為一數(shù)控直流穩(wěn)流電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)包括三對兩兩相互垂直的亥姆霍茲線圈，所述三對亥姆霍茲線圈為正方形，且其軸向分別為三維坐標(biāo)軸中的XYZ軸、其中心為坐標(biāo)原點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述三維磁場測量裝置為一三通道磁通門高斯計。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述控制子系統(tǒng)由靜態(tài)磁場模擬模塊、動態(tài)磁場模擬模塊、磁場采集與處理模塊組成，其中: 所述靜態(tài)磁場模擬模塊用于實現(xiàn)靜態(tài)磁場的模擬，其由磁場輸入方式選擇模塊、磁場輸入模塊、空間計算點模塊、電流計算模塊和電流控制模塊組成，其中:所述磁場輸入方式選擇模塊用于供選擇標(biāo)量輸入和矢量輸入中的一種；所述磁場輸入模塊用于提供磁場值輸入，該磁場值即前述設(shè)定值；空間計算點模塊用于設(shè)定空間計算點的初值，該初值影響所述電流的轉(zhuǎn)換；所述電流計算模塊用于根據(jù)輸入的磁場數(shù)據(jù)進行磁場值與電流值之間的轉(zhuǎn)換；所述電流控制模塊用于根據(jù)前述計算所得的電流值對直流穩(wěn)流電源進行控制，通過三維磁場測量裝置的反饋信息調(diào)整輸入所述三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)的線圈空間的電流值，使得線圈空間所產(chǎn)生的磁場實際值與所輸入磁場值的差值在預(yù)定范圍內(nèi)； 所述動態(tài)磁場模擬模塊用于實現(xiàn)磁場的漸變過程控制，其由磁場輸入方式選擇模塊、磁場初/末值輸入模塊、動態(tài)模擬參數(shù)模塊和動態(tài)模擬模塊組成，其中:所述磁場輸入方式選擇模塊用于供選擇標(biāo)量輸入和矢量輸入中的一種；所述磁場初/末值輸入模塊用于供輸入磁場漸變模擬的初值和末值；所述動態(tài)模擬參數(shù)模塊用于供設(shè)置磁場漸變的步長和步數(shù)；動態(tài)模擬模塊用于根據(jù)所輸入的初值和末值，并按照所設(shè)定的步長和步數(shù)進行磁場曲線的動態(tài)模擬； 所述磁場采集與處理模塊由串口設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊，磁場數(shù)據(jù)顯示模塊及磁場數(shù)據(jù)處理模塊組成，其中:所述串口設(shè)置模塊用于進行串口參數(shù)設(shè)置并打開串口 ；所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊用于向三維磁場測量裝置發(fā)送控制指令；所述數(shù)據(jù)接收模塊用于接收三維磁場測量裝置測得的磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)；所述磁場數(shù)據(jù)顯示模塊用于顯示所述磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于計算前述磁感應(yīng)強度的采樣個數(shù)及其平均值和均方差，并將數(shù)據(jù)進行保存。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁場模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述磁場數(shù)據(jù)顯示模塊以圖形的形式顯示所述磁場數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁場模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述靜態(tài)磁場模擬模塊與動態(tài)磁場模擬模塊之間通過一外部切換按鈕進行切換，以實現(xiàn)磁場動態(tài)模擬和靜態(tài)模擬的切換。
8.一種基于權(quán)利要求1所述磁場模擬系統(tǒng)的磁場模擬方法，其特征在于，包括以下步驟: 控制子系統(tǒng)控制直流穩(wěn)流電源向三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)輸入電流，在三維亥姆霍茲線圈子系統(tǒng)的線圈空間內(nèi)產(chǎn)生磁場； 位于線圈空間內(nèi)的三維磁場測量裝置實時檢測磁感應(yīng)強度，并將測得的磁感應(yīng)強度反饋至控制子系統(tǒng)； 該控制子系統(tǒng)將實際測得的磁感應(yīng)強度與一設(shè)定值進行比較，并基于比較結(jié)果調(diào)整直流穩(wěn)流電源通入線圈空間的電流，使得實際測得磁感應(yīng)強度與所述設(shè)定值的差值控制在預(yù)定范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁場模擬方法，其特征在于，所述控制子系統(tǒng)由靜態(tài)磁場模擬模塊、動態(tài)磁場模擬模塊、磁場米集與處理模塊組成，分別可切換地實現(xiàn)靜態(tài)磁場模擬、動態(tài)磁場模擬以及磁場數(shù)據(jù)的采集及處理，其中: 1)靜態(tài)磁場模擬包括以下過程: 首先，選擇標(biāo)量或矢量中的一種磁場輸入方式；然后，按所選擇的的輸入方式輸入磁場值，并輸入空間計算點；之后，根據(jù)電流與磁場及空間計算點的關(guān)系計算電流值；最后，再控制直流穩(wěn)流電源輸入線圈的電流即可實現(xiàn)靜態(tài)磁場的模擬； 2)動態(tài)磁場模擬包括以下過程: 首先，選擇標(biāo)量或矢量中的一種磁場輸入方式；然后，所選擇的的輸入方式輸入磁場的初值、末值的三個分量:Bxl, Byl, Bzl, Bx2, By2, Bz2 ;之后,根據(jù)磁場各個分量的差值,設(shè)置動態(tài)模擬參數(shù)；磁場初值、末值及磁場漸變的步數(shù)、步長設(shè)定完成后，進行動態(tài)磁場的模擬； 3)磁場數(shù)據(jù)的采集及處理包括以下過程: 首先，在串口設(shè)直完成后，打開串口連接設(shè)備； 然后，在數(shù)據(jù)發(fā)送模塊中向三維磁場測量裝置發(fā)送控制命令； 之后，數(shù)據(jù)接收模塊接收三維磁場測量裝置測得的磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)，并通過磁場數(shù)據(jù)顯示模塊顯示所述磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)； 最后在數(shù)據(jù)處理模塊中，計算前述磁感應(yīng)強度的采樣個數(shù)及其平均值和均方差，并將數(shù)據(jù)進行保存。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁場模擬方法，其特征在于，所述磁場數(shù)據(jù)顯示模塊以圖形的形式顯示所述磁場數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H01F7/00GK103901361SQ201410141128
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】丁立波, 張合, 李長生, 謝克峰, 胡彬, 張英忠 申請人:南京理工大學(xué)